1. 采用涂層技術(shù)可在不降低刀具強(qiáng)度的條件下垛玻，大幅度地提高刀具表面硬度割捅，目前所能達(dá)到的硬度已接近100GPa；
2. 隨著涂層技術(shù)的飛速發(fā)展帚桩，薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性及高溫抗氧化性更加突出亿驾，從而使高速切削加工成為可能；
3. 潤(rùn)滑薄膜具有良好的固相潤(rùn)滑性能账嚎，可有效地改善加工質(zhì)量莫瞬，也適合于干式切削加工；
4. 涂層技術(shù)作為刀具制造的最終工序郭蕉，對(duì)刀具精度幾乎沒(méi)有影響疼邀，并可進(jìn)行重復(fù)涂層工藝。

2 刀具涂層的分類

1. 按涂層成分分類
   按涂層成分對(duì)涂層進(jìn)行分類簡(jiǎn)潔阵翎、明了，基于對(duì)材料性能的認(rèn)識(shí)之剧，使用者容易了解涂層的功能贮喧，易為市場(chǎng)所接受，因此目前各涂層企業(yè)更多的是以不同的涂層成分向用戶介紹猪狈、推薦其技術(shù)及產(chǎn)品。按成分對(duì)涂層區(qū)分通潮缒眨可分為兩大類雇庙，即硬涂層和軟涂層。硬涂層以TiN荸速、TiCN穆惩、TiAlN等為代表，包括了單層薄膜和復(fù)合薄膜穴阱，隨著市場(chǎng)需求的變化及涂層技術(shù)的發(fā)展咖自，新的涂層成分不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，到目前為止所應(yīng)用的硬涂層成分已有幾十種之多爱蚣；軟涂層顧名思義薄膜的硬度相對(duì)較低逼渤，通常為1000HV左右。軟涂層目前種類并不多间炮，以MoS₂焙厂、碳基薄膜為主，在切削加工領(lǐng)域內(nèi)卫银，其目的是通過(guò)在硬涂層表面覆蓋一層這種薄膜扫钝，試圖增加涂層表面的潤(rùn)滑性，改善被加工工件表面質(zhì)量掐边，以滿足某些應(yīng)用領(lǐng)域的需要刁祸。
2. 按涂層結(jié)構(gòu)分類
   盡管按成分進(jìn)行涂層分類具有良好的市場(chǎng)基礎(chǔ)，但從PVD技術(shù)的發(fā)展來(lái)看斋竞，涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化已越來(lái)越多地影響著涂層刀具的應(yīng)用效果倔约。相同的涂層成分、不同的結(jié)構(gòu)形式窃页，可以導(dǎo)致涂層刀具使用效果的截然不同跺株。因此認(rèn)識(shí)了解目前PVD涂層薄膜的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有著十分重要的意義脖卖。就目前PVD 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r乒省，涂層薄膜結(jié)構(gòu)大體可分類如下：

   1. 單一層涂層
      涂層由某一種化合物或固溶體薄膜構(gòu)成巧颈，理論上講在薄膜的縱向生長(zhǎng)方向上涂層成分是恒定的，這種結(jié)構(gòu)的涂層可稱之為普通涂層袖扛。如果聯(lián)系到PVD的發(fā)展歷程砸泛，實(shí)際上在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)一直采用這種技術(shù)，其中包含眾所周知TiN蛆封、TiCN唇礁、TiAlN 等。隨著應(yīng)用市場(chǎng)要求的不斷提高惨篱，人們也愈加認(rèn)識(shí)到這種涂層的局限性盏筐，無(wú)論是顯微硬度、高溫性能令掠、薄膜韌性等都難于大幅度提高规学，但這種涂層在市場(chǎng)中仍占有一定比例。
   2. 復(fù)合涂層
      

      圖1 CrN+CBC復(fù)合薄膜

      圖2 TiAlCN梯度薄膜

      圖3 多層薄膜

      圖4 AlN+TiN+CrN納米薄膜

      圖5(nc-Ti1-xAlxN)(/a-Si3N4)納米復(fù)合相結(jié)構(gòu)薄膜

      由多種不同功能(特性)薄膜組成的結(jié)構(gòu)可以稱之為復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)膜辫扯，其典型涂層為目前的硬涂層+ 軟涂層橡周，每層薄膜各具不同的特征，從而使涂層更具良好的綜合性能侄突。圖1所示為CrN+CBC復(fù)合涂層膊向，其中CBC為碳基薄膜。
   3. 梯度涂層
      涂層成分沿薄膜縱向生長(zhǎng)方向逐步發(fā)生變化涎狐，這種變化可以是化合物各元素比例的變化糙娃，如TiAl-CN中Ti、Al含量的變化但雨，也可以由一種化合物逐漸過(guò)渡到另一種化合物蕉妇，如由CrN 逐漸過(guò)渡到CBC÷萘拢可以預(yù)見(jiàn)這種結(jié)構(gòu)能有效降低因成分突變而造成的內(nèi)部微觀應(yīng)力的增加腹忽。圖2所示為TiAlCN梯度薄膜。
   4. 多層涂層
      多層涂層由多種性能各異的薄膜疊加而成砚作，每層膜化學(xué)組分基本恒定窘奏。目前在實(shí)際應(yīng)用中多由2種不同薄膜組成，由于所采用的工藝存在差異葫录，不同企業(yè)的多層涂層刀具着裹，其各膜層的尺寸也不近相同，通常由十幾層薄膜組成米同，每層薄膜尺寸大于幾十納米骇扇，最具代表性的有AlN+TiN、TiAlN+TiN涂層等面粮。與單層涂層相比少孝，多層涂層可有效地改善涂層組織狀況继低，抑制粗大晶粒組織的生長(zhǎng)，多層薄膜如圖3 所示稍走。
   5. 納米多層涂層
      這種結(jié)構(gòu)的涂層與多層涂層類似袁翁，只是各層薄膜的尺寸為納米數(shù)量級(jí)，又可稱為超顯微結(jié)構(gòu)现辰。理論研究證實(shí)在納米調(diào)制周期內(nèi)(幾納米至幾十納米)盔雷，與傳統(tǒng)的單層膜或普通多層膜相比，此類薄膜具有超硬度托捆、超模量效應(yīng)篱汤，其顯微硬度超過(guò)40GPa 是可以預(yù)期的，并且在相當(dāng)高的溫度下媒卑，薄膜仍可保留非常高的硬度莱火。因此這類膜具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，其典型代表為AlN+TiN熄自、AlN+TiN+ CrN涂層等。如圖4所示仪从，為AlN+TiN+CrN 納米膜系专菠，其調(diào)制周期l約為7nm。
   6. 納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層
      納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層潜狭。以(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)納米復(fù)合相結(jié)構(gòu)薄膜為例茄敲，在強(qiáng)等離子體作用下，納米TiAlN 晶體被鑲嵌在非晶態(tài)的Si₃N₄體內(nèi)(見(jiàn)圖5)谭央，當(dāng)TiAlN晶體尺寸小于10nm 時(shí)狠持，位錯(cuò)增殖源難于啟動(dòng)，而非晶態(tài)相又可阻止晶體位錯(cuò)的遷移瞻润，即使在較高的應(yīng)力下喘垂，位錯(cuò)也不能穿越非晶態(tài)晶界。這種結(jié)構(gòu)薄膜的硬度可以達(dá)到50GPa 以上绍撞，并可保持相當(dāng)優(yōu)異的韌性正勒，且當(dāng)溫度達(dá)到900℃～1100℃時(shí)合是，其顯微硬度仍可保持在30GPa 以上妆艘；此外這種薄膜同時(shí)可獲得優(yōu)異的表面質(zhì)量哮霹，因此工業(yè)應(yīng)用前景廣闊相梭。

3 涂層的應(yīng)用

1. 車削加工車削加工的特點(diǎn)是連續(xù)岛盗、穩(wěn)定匆罗、切削力及切削溫度變化小，相對(duì)而言切削溫度較高萄尽，因此在選擇涂層類別時(shí)记辖，涂層的硬度和高溫抗氧化性是重點(diǎn)考慮因素。
   1. 加工鋼材時(shí)可選用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)及AlTiN薄膜倡照，這兩種薄膜都具有極高的表面硬度苗圃，且紅硬性良好，使用溫度可達(dá)到1100℃声屯。
   2. 鑄鐵加工通常也可選擇上述2種薄膜惫饲。
   3. 鋁及鋁合金加工的特點(diǎn)是熔點(diǎn)低，在切削加工中極易形成積屑瘤去园，且氧化了的切屑可形成Al₂O₃裤础，導(dǎo)致摩擦作用的增強(qiáng)。當(dāng)硅含量在4%～13%之間時(shí)蜓谋，硅在鋁內(nèi)形成固溶體＋共晶體組織梦皮，這種脆性、針狀的片狀硅的夾雜桃焕，在切削過(guò)程中剑肯，具有磨料作用，導(dǎo)致刀具早期失效观堂；而當(dāng)Si含量進(jìn)一步提高時(shí)粗大的組織使切削性能進(jìn)一步下降让网。如果采用干式切削，可加劇這種磨損的發(fā)展师痕，加工這類有色金屬金剛石涂層刀具是最佳的選擇方案之一寂祥，但考慮到可行性及經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于PVD而言七兜，涂層應(yīng)具有高的硬度及優(yōu)異的潤(rùn)滑性丸凭。當(dāng)Si 含量小于12%時(shí)，可選擇多層TiCN+MoS₂復(fù)合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜腕铸；而當(dāng)Si含量大于12%時(shí)惜犀，則可選用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)或單層的TiCN 薄膜。
   4. 高強(qiáng)度合金的加工具有變形大裂体、加工硬化大势纺、切削溫度高的特點(diǎn)赦锰，此外由于該類合金中含有大量的碳化物、氮化物等演茂，其顯微硬度可達(dá)2000 ～3000HV灼址。在選擇用于此類涂層時(shí)，其顯微硬度件银、高溫性能肤轿、潤(rùn)滑性是應(yīng)著重考慮的因素。通辰计可選用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)或TiAl-CN+CBC 復(fù)合薄膜度籍。
   5. 對(duì)于銅及其合金而言，涂層極具針對(duì)性焚惰，而與加工方式關(guān)聯(lián)性較低碌掩。紫銅塑性、韌性大蛆存，易粘屑步氏，因此需要有效地解決排屑問(wèn)題，一般選用CrN膜徒爹；而對(duì)于銅合金(黃銅戳护、青銅)，由于材料強(qiáng)度的提高瀑焦，通常采用單層TiCN 或多層TiCN 薄膜。
   6. 塑膠材料的加工特性是導(dǎo)熱性差梗肝、磨料性榛瓮、回彈性等，且大多采用干式切削加工方式巫击，因此薄膜的顯微硬度及熱絕緣性是重點(diǎn)考慮的因素禀晓，除了CVD 的金剛石薄膜外，也可選用多層TiCN薄膜坝锰。
2. 鉆削加工
   鉆削加工也屬于連續(xù)加工切削方式粹懒，其涂層種類的選擇基本與車削加工類似。但所需注意的是通孔加工存在載荷的突變顷级，因此所選擇薄膜應(yīng)具有良好的韌性凫乖。如在普通鋼材的加工中，可選用多層膜裁国；若在一般的切削條件下馅拥，單層的TiN薄膜也會(huì)獲得良好的應(yīng)用效果。
3. 銑削加工
   在高速加工領(lǐng)域表季，銑削加工占有極其重要的地位肯窜，而PVD技術(shù)的發(fā)展也從整體銑刀的涂層擴(kuò)展到可轉(zhuǎn)位刀片范圍钥忌，并且已取得了突破性的進(jìn)展。銑削加工是一種斷續(xù)加工方式纹茫，尤其在高速加工條件下虏爸，刀具受載狀態(tài)極其復(fù)雜，刀具因不斷受到大小自古、位置不同的機(jī)械沖擊和熱沖擊載荷作用角雅，可引發(fā)薄膜的破裂、脫落等現(xiàn)象的發(fā)生善婉，從而導(dǎo)致刀具的早期失效沪翔。

   1. 加工普通鋼材時(shí)可選用TiCN、納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)抄瓦、AlCrN薄膜潮瓶，這三種薄膜都具有較好的韌性。
   2. 與普通鋼材相比钙姊，鑄鐵的銑削加工通常導(dǎo)致刀具磨料磨損毯辅，涂層刀具的表面硬度更為重要，因此可選擇納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)煞额、AlTiN思恐、AlCrN薄膜。
   3. 對(duì)于鋁及鋁合金的加工膊毁，當(dāng)Si 含量小于12%時(shí)胀莹，可選擇多層TiCN+MoS₂復(fù)合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜；而當(dāng)Si含量大于12% 時(shí)婚温，則可選用納米復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜(nc-Ti_1-xAl_xN)(/a-Si₃N₄)及多層TiCN 薄膜描焰。
   4. 高強(qiáng)度合金的銑削加工通常可選用多層TiCN+MoS₂栅螟、梯度TiAlCN+CBC荆秦、AlCrN 薄膜。
4. 螺紋加工
   螺紋加工也一種連續(xù)切削方式力图，相對(duì)于普通車削加工蚜宠，這種加工屬于成型加工模式，切削速度相對(duì)較低雅跺，不易斷屑极炎，且對(duì)刀具的幾何尺寸有嚴(yán)格要求，刀具刃口微小的缺陷也可導(dǎo)致工件的報(bào)廢枕篡。因此薄膜的致密性胆抓、韌性以及表面的潤(rùn)滑性是首要考慮的因素。

   1. 加工普通鋼和高強(qiáng)度合金時(shí)可選用TiCN+MoS₂復(fù)合薄膜、TiAlCN+CBC梯度薄膜及TiAlN納米多層薄膜辽察，這三種薄膜都具有良好的韌性及優(yōu)異的潤(rùn)滑性敌痴。
   2. 與普通鋼材相比，鑄鐵的螺紋加工通常以磨料磨損為主腰步，薄膜的致密性溪臊、韌性、硬度同等重要堆鸦，因此衬魅担可選擇TiAlCN 及TiCN 多層薄膜。
   3. 對(duì)于鋁及鋁合金的加工烛芬，當(dāng)Si含量小于12%時(shí)隧期，可選擇CrN+CBC及TiCN多層薄膜；而當(dāng)Si含量大于12%時(shí)赘娄，則可選擇TiAlCN+CBC 及TiCN多層薄膜仆潮。

4 結(jié)語(yǔ)